数据采集系统基本组成

•每个通道都有各自独自的釆样保持器与A/D 转换器， 这种结构形式可以对各通道输入信号进行同步、高速 数据釆集。

UJ

多通道A/D 转换

•各通道有各自独立的釆样保持器，但公用一个A/D 转换器。通过多路开关分，对各路信号分时进行 A/D 转换。能够实现多路信号的同步采集，但采集 速度稍慢。

JLPJ

单通道共享A/D 转换器

多通道共享采样保持器与A/D转换器

•各通道公用一个采样保持器和A/D转换器。工作时, 通过多路开关将各路信号分时切换，输入到公用的釆样保持器中，实现多路信号的分时采集，而非同步采集。并且采集速度最慢。优点是节省硬件成本, 适于对采集速度要

求不高的应用场合。1・

最

小变化量。通常用最低有效位值（LSB）占系统满刻度信号的百分比表示，或用系统可分辨的实际电压数值来表示。有时也用信号满刻度值可以划分的级数来表示。

表1.1系统的分辨率（满度值为10 V）

2•系统精度：当系统工作在额定采集速率下，每个离散

子样的转换精度。

＞模数转换器的精度是系统精度的极限值。

A系统精度是系统的实际输出值与理论输出值之差，它是系统各种误差的总和。通常表示为满度值的百分数。3•采集速率（系统通过速率、吞吐率）：在满足系统精

度指标的前提下，系统对输入模拟信号在单位时间内

所完成的釆样次数，或者说是系统每个通道、每秒钟

可采集的子样数目。

＞“采集”包括对被测物理量进行采样、量化、编码、传输、存储等过程。

＞釆集速率的倒数是采样周期。

4•动态范围：某个物理量的变化范围。信号的动态范围

是指信号的最大幅值和最小幅值之比的分贝数。釆 集系统的动态范围通常定义为所允许输入的最大幅 值V 叭与最小幅值Vj mkl 之比的分贝数，动态范围：

min

A 瞬时动态范围：对大动态范围信号的高精度釆集时, 某一时刻系统所能采集到的信号的不同频率分量幅 值之比的最大值，即幅值最大频率分量的幅值Af ma x 与幅度最小频率分量的幅值Af mhl 之比的分贝数。瞬 时动态范围：

丫 Afmax

Z = 201g —

■巳

= 201g

max

A.・j min

数据采集系统的主要性能指标

5•非线性失真（谐波失真）：给系统输入一个频率为/ 的

正弦波时，其输出中出现很多频率为肘仏为正整 勢）的新的频率分量的现象，称为非线性失真。谐 量系统产生非线性失真的程度， 匕通吊用下式表7JV:

A Ai 为基波振幅，A/I 第k 次谐波的振幅。

H =

xlOO%

微弱信号检测方法

•提高信号检测灵敏度或降低可检测下限的基本方法：

＞从传感器及放大器入手：降低固有噪声水平、研制新的低噪声传感器。＞分析测量中的噪声规律和信号规律，通过各种手段从噪声中提取信号。

•对传感器的基本要求是：测量范围宽，线性好，灵敏度高，噪声

低，谱段宽，响应快，寿命长，便于匹配，均衡稳定。用于弱信号

检测的传感器，首要要求是高灵敏度、低噪声。•填空：16*1=16 判断6*1=6 简答6*6=36

•分析10+10+10+12=12 分

放大器

•使用测量放大器的原因：弱信号、强干扰；动态范围宽，共模干扰电压大。

/目的：检测叠加在高共模电压上的微弱信号。

/要求：高输入阻抗、共模抑制能力强、低、闭环增益稳定性高。

•分类:

•技术指标：

/放大倍数：Au、Aus、街、A is /输

入阻抗：R i=U(/I i /输出阻抗

/通频带

失调及漂移小、噪声

输

入

信

号

源

输

入

哉

合

电

路

直流电源及

相应偏世电路

有

源

器

件

■

输

出

耦

合

电

蹈

输

出

负

载

信号调理

•信号调理能够在信号、传感器、DAQ板卡和PC机之间提供接

口。通常的信号调理类型包括：放大、隔离、滤波、激励、线性化等。

倒T型电阻解码网络D/A转换器

•倒T型电阻网络是集成DA转换器中釆用最多的一种。从节点A 向左看，每个节点等效电阻均为2R。

%

Sn-l

21 <— 12/?

」REF

2R 所以流入相邻左侧节点的电流依次减半O

输出模拟电压为

U

o =-邸=-皿勺心_\ +-^_2 +・・・ + ^TT £ + —^0)

4 /F

+ 1

2

+ ♦

可写出的表达式

7

1

A

1

A

h =討2一1+才心—2+…

而I =Y^L

R

%="=一硝 f <2 +•••+£%+£%)

v

^o=-~«-! x 2"T + <2 X 2"一2 + ……+ 4 X 2 + 〃o X 2°)于是输出电压

Z i=0

与权电阻解码网络相比，电阻阻值仅两种，便于集成。

多通道采样方式

1・循环采样：只采用一个A/D芯片，通过多路转换开关实现不同通道的切换；通道转换时间造成多通道不能同时采样；可以

通过外加采样/保持电路保证采样的同步。

2・同步釆样：每个通道采用独立的放大器和采样保持器以及A/D

转换器，不同通道采用同一时钟；保证不同通道的采样时间相同（信号同步）;

3・突发模式采样：采样频率由扫描时钟控制，通道切换时间间隔由通道时钟控制。